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低功耗文章总结
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  • 作者:小v
  • 2015年12月28日 11:11 星期一
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  • 只看帖不发帖是不好的,我也来发发帖子吧,写的不好谅解啊。

         前两个月在公司做了一个低功耗项目,现在功耗最低10uA不到,平均功耗40uA左右,算是达标了。因为是公司产品,就不方便贴代码、原理图了,该产品是一个小模块,可以方便的嵌入到各种系统里面。跟原子哥他们卖的NRF2401类似,是一个读卡器。

         做这个项目中间也请了技术支持,因为外围电路芯片的功耗一直降不下来,经过与对方的反复交流,对方提供了低功耗的测试结果、硬件方案、软件方案,经过修改测试,最终成为我们的产品,功耗比较满意。

         硬件方案选择的是STM32,外加某公司的读卡芯片。前期完成了读卡等功能的开发,最后一项开发内容是最艰巨也是最困难的---低功耗。在开发过程中,从硬件设计上不断裁剪元器件,软件上不断精简代码,功耗最低都保持在3-4mA。

         电路设计上,只用到了一个LED、串口1、一个模拟SPI、一个中断线、一个读卡芯片RESET线,硬件上就只剩下这么点东西了,这个时候我采用的是待机模式,使用的是读卡芯片的中断接PA0唤醒STM32,在此之前要先使得读卡芯片进入低功耗、然后STM32进入低功耗,这一步完成了,貌似没什么问题,功耗确实从几十mA骤降到3mA左右,开始还挺满意的,但是测试厂商提供的样板,功耗却只有几十uA,有点郁闷了。为什么会这样?反复查看硬件、程序,都找不出原因,而且这个时候的工作效果很烂,根本就不能唤醒,所以我就怀疑是读卡芯片一端低功耗有问题,因为我将PA0脚直接短接VCC,这样就可以产生一个边沿触发STM32唤醒了,但是用读卡芯片无法唤醒,所以我怀疑是读卡芯片的RESET脚电平不对,经检查,确实是因为RESET脚加了上拉电阻,读卡芯片是高电平复位,在STM32进入待机后,管脚全都浮空了,导致RESET被拉高,一直在复位;我去掉上拉电阻,觉得很有希望解决问题了,但是测试结果是:有时候能唤醒,有时候不能,我仔细一想难道是因为STM32待机后管脚电平不确定,导致读卡芯片RESET脚电平不定,而工作不正常,看样子只有换用其他方案了。后面确实验证了我的想法,使用STOP模式后,唤醒问题引刃而解。

        就在关键时刻,芯片原厂火种送炭,送来急需的技术支持资料,一个包含低功耗源代码,赶紧拿过来测试,先研读下代码,使用的是STOP模式,而不是待机模式,使用的是任意外部中断唤醒,功耗低制40uA,这个时候就相当激动啊,赶快下载测试啊,结果功耗确实降了,但还是有1mA,更人家一比多了几十倍啊。。。

       我第一反应是硬件不对,经过测试修改,首先找到第一个原因,读卡芯片RESET管脚上拉电阻又给焊上去了...,拆掉后功耗骤降到几百uA,还是不行。。 测试过程中,为了去掉LDO的干扰,整板采用3.3V供电,但是后面经过测试,LDO的功耗其实也只有5uA不到,这LDO功耗值得赞一个;虽然结果还是没达到预期,但是看到了希望,胜利就在眼前啊。

       为此我反复看了技术支持提供的程序,发现他们的STM32的所有管脚都的设置都有所考究:(因为公司保密原则,代码中删除掉了关于该读卡芯片的前缀信息等)

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

     

     /* GPIOA Periph clock enable */

     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

     /* GPIOB Periph clock enable */

     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

     /* GPIOC Periph clock enable */

     //RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

     

     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);

     

     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

     //####################################################

     //USART1 Port Set

     //TXD

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

     //RXD

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

     

     //RST output pushpull mode

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TRST;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

     GPIO_Init(PORT1, &GPIO_InitStructure);

     //IRQ input pull-up mode

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TIRQ;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

     GPIO_Init(PORT1, &GPIO_InitStructure);

     //MISO input pull-up mode

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MISO;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

     GPIO_Init(PORT2, &GPIO_InitStructure);  

     //NSS,SCK,MOSI output pushpull mode

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (NSS|SCK|MOSI);

     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

     GPIO_Init(PORT2, &GPIO_InitStructure);

     //############################################################################

     //TEST Port set

     //TESTO input pushpull mode

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TESTO;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

     GPIO_Init(TEST_PORT, &GPIO_InitStructure);

     //############################################################################

     //TEST Port set

     //TESTI output pushpull mode

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TESTI;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

     GPIO_Init(TEST_PORT, &GPIO_InitStructure);

     //############################################################################

     //LED Port Set

     //LED output pushpull mode

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

     GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStructure);

     

     //############################################################

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_15);

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;

     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);


    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10);

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;

     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

     

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15);

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;

     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

    首先,想MOSI、SCK、CS、LED、RST这些管脚应该设置为推挽输出,TXD设置为复用输出,而IRQ、RXD、MISO设置浮空输入,什么都没接的管脚全都设置为下拉输入,而TESTI、TESO我一直不解是什么东东,开始就没管,而开始的时候MISO我也没怎么注意,设置成上拉输入(而不是浮空输入),反正大部分按照厂家提供的参考,我并没有照搬,测试效果一样,但功耗确是还有80-90uA,期间我找了好久没找到原因,给技术支持一看,原来是因为MISO没有设置成浮空输入,我是设置成了上拉输入,上拉电阻一直在消耗大约40uA的电流。。。 好吧,这是自己不够细心导致的,以后做低功耗的项目管脚配置是个大问题,不能再这么马虎了!!! 我将MISO设置成浮空输入之后,最低功耗还是有40+,离10uA的最低功耗还有段距离,到底是为什么呢?最后我发现

    ,该读卡芯片有个TESTIN/TESTOUT管脚,是用来测试用的,出厂后也就用不上了,我也一直以为这两个脚确实没什么用,就没接;可是我发现厂家提供的样板居然接了这两个脚,但是厂商也没说这两个脚接或不接会影响功耗啊,抱着试一试的心态,我我把TESTIN/TESTOUT两个管脚接到单片机上进行相应的配置,接下来是见证奇迹的时刻了,功耗居然真的、真的降到10uA了。。。。。。。。。。。 此处省略n个字

        这时候真的很激动,真的很想骂人啊,坑爹的厂家,为什么不给提示说这两个脚不接单片机会消耗电流呢?(也许是文档里面提到了,但是几百页的文档,还是全英文的,一堆堆的文字,我再看一遍,确实没有提到这两个管脚会有漏电流。)

       项目就这样完工了,中间最重要的是技术支持的强力支持,不然项目不能完工了,这个项目低功耗STM32方面难度不高,主要是读卡芯片上面的低功耗调试起来问题很多,还是人家原厂的出马才解决了问题,因为众多原因,不能公布该芯片的资料,包括该芯片怎么进入低功耗也无法公开,所以抱歉~~。

       关于STM32进入低功耗,我简单的总结了一下:

    1.管脚设置,这个很关键,还是跟你电路有关系,外加上拉、下拉电阻切记不能随便加

    2.STM32的systick clock、DMA、TIM什么的,能关就全都关掉,STM32低功耗很简单,关键是外围电路功耗是关键

    3.选择一个低功耗的LDO,这个项目用到的LDO功耗就很不错,静态功耗10uA都不到。

    4.确定STM32设置没问题,进入低功耗有好几种情况可以选择(睡眠、停机、待机),我还是推荐选择STOP模式,这个我觉的比较好是因为可以任意外部中断都可以唤醒,而且管脚可以保留之前的设置,进入停机模式的代码使用库函数自带的,就一句:

    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);

    意思是,在进入停机模式之前,也关掉电压调节器,进一步降低功耗,使用WFI指令(任意中断唤醒),但是经过测试,使用WFE(任事件唤醒)指令效果、功耗一模一样。

    最后一步是从STOP模式怎么恢复了,恢复其实也很简单,外部中断来了会进入中断函数,然后STM32就被唤醒,唤醒还要做一些工作,需要开启外部晶振(当然你也可以选择使用内部自带振荡器)、开启你需要的外设等等。

       总之,低功耗关键我觉得还是在于管脚配置,以及你对于外围电路的掌握。

    分享一个低功耗项目小小心得
    http://www.openedv.com/thread-18372-1-1.html
    (出处: OpenEdv-开源电子网)



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